直线电机驱动的微铣床设计

发布时间：2017-10-21 01:40

  本文关键词：直线电机驱动的微铣床设计

  更多相关文章： 微型铣床 直线电机 有限元 开放式数控系统 PMAC

【摘要】：随着精密微型零件在航天航空、半导体加工、医疗器械、精密仪器等行业的应用越来越广泛,这些行业对精密微型零件的需求日益增加。常规尺寸机床加工微型零件时,在加工精度、效率、经济性等方面都处于劣势。目前,国内在微型零件专用设备开发方面尚处初期,国外虽开发出实用的精密微型机床但对我国技术保密,国内微型机床的技术水平仍然不高,因此十分有必要研制用于微型零件加工的微型机床。 本文主要就如何构建一台高精度的三轴立式微型数控铣床进行研究。通过仔细研究国、内外的相关资料,发现在机床微型化过程中机床机械结构的动静态性能、控制系统的性能对机床的精度影响最大,数控系统用户界面的友好性、易操作性对加工效率影响最大,因此本文对机床微型化过程中如何提高机床机械结构的动静态性能、数控系统的开发进行了重点研究。 首先,试制了一台由直线电机驱动的三轴微型立式数控铣床。从机床的设计要求出发,确定了机床的总体布局及方案。在完成直线电机、光栅尺、导轨滑块等外购件的选型和配置及机床自研零件的结构设计后,最终研制出一台本体尺寸为350mm×200mm×525mm、行程为100mm×100mm×80mm的三轴立式微型数控铣床。 其次,在机床设计阶段,为得到动、静态性能较好的机床结构,在ANSYS软件中建立了整机有限元模型,进行了机床整机动力学、静力学分析。提前发现了立柱是机床的薄弱部分,保证了机床的动静态性能,减小了机床的研发时间和费用。为验证理论分析结果的正确性,在机床完成装配后又搭建了试验模态测试系统,测得机床的前六阶固有频率及对应的振型,证明了整机有限元模型是符合实际情况的,保证了机床的设计质量和效率。 最后完成了微铣床数控系统上位机软件的开发。首先,确定了PC+NC型的数控系统体系结构,完成了数控系统各部件的选型和硬件接线。接着,根据微铣床的使用特点,完成了数控系统上位机软件功能模块的划分,以Visual Studio2010为工具利用PMAC提供的库函数完成了开放式数控系统上位机软件的开发。
【关键词】：微型铣床 直线电机 有限元 开放式数控系统 PMAC
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM359.4;TG54
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 国内外发展现状9-11
• 1.3 论文主要的研究内容11-12
• 1.4 本章小结12-13
• 2 微铣床的机械结构设计13-20
• 2.1 微铣床总体方案设计13-15
• 2.1.1 微铣床的设计要求13
• 2.1.2 微铣床总体布局13-14
• 2.1.3 微铣床的整体结构14-15
• 2.2 微铣床各外购件选型及配置15-18
• 2.2.1 直线电机的选型15-16
• 2.2.2 主轴的选型16
• 2.2.3 直线导轨的选型16-17
• 2.2.4 光栅尺的选型17-18
• 2.3 微铣床部分零件结构设计18-19
• 2.3.1 机床防护罩设计18
• 2.3.2 机床底座设计18-19
• 2.3.3 主轴夹具设计19
• 2.4 本章小结19-20
• 3 微铣床整机有限元分析及实验模态分析20-42
• 3.1 有限元分析方法20-21
• 3.1.1 有限元法简介及其基本原理20
• 3.1.2 有限元分析步骤20-21
• 3.1.3 ANSYS简介及其分析过程21
• 3.2 微铣床结合面参数识别21-27
• 3.2.1 引言21-22
• 3.2.2 结合面的等效动力学模型22
• 3.2.3 结合面参数的识别方法22-24
• 3.2.4 微铣床重要结合面参数识别24-27
• 3.3 微铣床整机仿真模型建立27-28
• 3.3.1 几何模型简化27
• 3.3.2 结合部模拟27-28
• 3.3.3 网格划分28
• 3.4 微铣床整机静力学分析28-31
• 3.4.1 切削力计算28-29
• 3.4.2 微铣床整机静力学分析29-31
• 3.5 微铣床整机动态特性分析31-34
• 3.5.1 引言31
• 3.5.2 动态特性分析理论基础31
• 3.5.3 微铣床整机模态分析31-33
• 3.5.4 微铣床整机谐响应分析33-34
• 3.6 微铣床整机实验模态分析34-40
• 3.6.1 测试系统搭建34-35
• 3.6.2 测试过程35-38
• 3.6.3 测试结果及分析38-40
• 3.7 本章小结40-42
• 4 微铣床数控系统硬件与软件开发42-52
• 4.1 微铣床数控系统体系结构的确定42
• 4.2 微铣床数控系统的硬件组成及搭建42-46
• 4.2.1 Power Pmac及其转接板43-44
• 4.2.2 直线电机驱动器44-45
• 4.2.3 微铣床数控系统接线45-46
• 4.3 微铣床伺服系统设置46-47
• 4.3.1 Power PMAC IDE46
• 4.3.2 直线电机Ⅰ变量设置46
• 4.3.3 坐标系Ⅰ变量设置46
• 4.3.4 编码器和回零Ⅰ变量设置46-47
• 4.4 微铣床数控系统的上位机软件开发47-51
• 4.4.1 Pcomm32通讯驱动程序47-48
• 4.4.2 上位机软件的模块划分与功能分析48-50
• 4.4.3 上位机软件的具体实现50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 结论与展望52-54
• 结论52-53
• 展望53-54
• 参考文献54-57
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文57-58
• 致谢58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张广鹏,史文浩,黄玉美,胡德金;机床整机动态特性的预测解析建模方法[J];上海交通大学学报;2001年12期

，

本文编号：1070575